KR101006929B1 - 프로브 조립체 - Google Patents

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KR101006929B1
KR101006929B1 KR1020080102403A KR20080102403A KR101006929B1 KR 101006929 B1 KR101006929 B1 KR 101006929B1 KR 1020080102403 A KR1020080102403 A KR 1020080102403A KR 20080102403 A KR20080102403 A KR 20080102403A KR 101006929 B1 KR101006929 B1 KR 101006929B1
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오창수
인치훈
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(주)티에스이
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Abstract

본 발명은 프로브 조립체가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 조립체는, 본 발명의 실시예에 따른 프로브 조립체는, 상부면에 복수의 전극 패드가 형성된 배선 기판과, 복수의 전극 패드 각각에 결합되어 배선 기판에 전기적으로 연결되는 복수의 프로브를 포함하는 프로브 조립체에 있어서, 전극 패드의 상부면에는 프로브의 일단에 형성된 고정부가 삽입되어 고정되는 수용부가 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 조립체에 따르면, 배선 기판에 형성된 전극 패드의 상부면에 프로브의 고정부가 삽입되어 고정되는 슬롯 형상의 수용부를 형성함으로써, 프로브를 전극 패드에 개별적으로 접합시킬 때 배선 기판 상의 정확한 위치에 결합될 수 있도록 할 수 있다.
프로브 카드, 프로브 조립체, 전극 패드, 수용부

Description

프로브 조립체{Probe assembly}
본 발명은 프로브 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프로브를 배선 기판 상의 정확한 위치에 접합할 수 있도록 하는 프로브 조립체에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자가 하나의 완성된 반도체 패키지로 그 성능을 다하기 위해서는 수 많은 공정들을 거쳐서 완성된다. 그 공정들은 반도체 웨이퍼의 생산, 전공정(Fabrication, FAB), 조립 공정(Assembly)으로 크게 나눌 수 있다.
특히, FAB 공정에 의해 웨이퍼 상에 복수의 반도체 소자(Device Under Test, DUT)가 형성되며, 복수의 반도체 소자는 전기적 특성 검사(Electrical Die Sorting, EDS)를 통하여 양, 불량을 선별하게 된다. 이와 같은 EDS를 하는 목적은 전술된 바와 같이, 첫째, 웨이퍼 상의 각각의 반도체 소자의 양, 불량품을 선별하기 위해서이며, 둘째, 불량 반도체 소자 중에서 수리 가능한 반도체 소자의 수리를 위해서이며, 셋째, FAB 공정에서의 문제점을 조기에 피드-백(Feed-Back)하기 위해서이며, 넷째, 불량 반도체 소자의 조기 제거로 조립 및 패키지 검사(Package Test)에서의 원가 절감을 위해서이다.
반도체 소자에 대한 전기적 특성 검사에 사용되는 장비는 크게 테스 터(Tester)와, 프로브 스테이션(Probe Station)으로 이루어져 있으며, 프로브 스테이션에는 웨이퍼 상의 반도체 소자의 전극 패드 또는 디바이스 핀과 기계적, 전기적으로 접촉되는 프로브 카드(Probe Card)가 설치되어 있다. 프로브 카드에는 복수의 프로브가 설치된 배선 기판이 장착되며, 배선 기판에는 복수의 프로브가 전기적으로 연결되는 전극 패드가 형성된다.
최근 웨이퍼 상의 반도체 소자의 개수 및 각각의 반도체 소자에 형성된 디바이스 핀의 개수가 많아져 프로브 카드의 프로빙 영역은 점차 넓어지고, 반도체 제조 기술의 발전으로 반도차 직접 회로의 크기, 전극의 크기 및 피치는 수십 마이크로미터 단위까지 작아지고 있다.
한편, 프로브를 배선 기판에 형성된 전극 패드에 결합시키는 프로브 접합 기술은, MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 기술을 이용하여 포토레지스트(Photoresist, PR)의 노광, 에칭 및 도금 공정으로 배선 기판 위에 다수의 프로브를 동시에 적층하여 접합하는 방법과, MEMS 기술을 이용하여 별도로 제작된 블레이드(Blade) 타입의 프로브들을 배선 기판에 개별적으로 접합하는 방법이 있다. 이 중, 별도로 제작된 프로브들을 배선 기판에 개별적으로 접합할 경우, 프로브를 배선 기판 상에 형성된 전극 패드에 정확하게 위치시키는 것이 중요하다. 그러나, 반도체 패턴이 더욱 고집적화 및 고밀도화되면서 전극 패드는 미세 피치(Fine Pitch)를 가지게 되어 프로브를 전극 패드 상의 정확한 위치에 접합하는 데 어려움이 있다. 따라서, 별도로 제작된 프로브를 프로브 카드에 장착되는 배선 기판 상의 정확한 위치에 접합할 수 있도록 하는 프로브 조립체가 요구된다.
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 고안된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 별도로 제작된 프로브를 프로브 카드에 장착되는 배선 기판 상의 정확한 위치에 접합할 수 있도록 하는 프로브 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 프로브 조립체는, 상부면에 복수의 전극 패드가 형성된 배선 기판과, 상기 복수의 전극 패드 각각에 결합되어 상기 배선 기판에 전기적으로 연결되는 복수의 프로브를 포함하는 프로브 조립체에 있어서, 상기 전극 패드의 상부면에는 상기 프로브의 일단에 형성된 고정부가 삽입되어 고정되는 수용부가 형성된 것을 특징으로 한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 조립체에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
먼저, 배선 기판에 형성된 전극 패드의 상부면에 프로브의 고정부가 삽입되 어 고정되는 슬롯 형상의 수용부를 형성함으로써, 프로브를 전극 패드에 개별적으로 접합시킬 때 배선 기판 상의 정확한 위치에 결합될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 전극 패드의 상부면에 수용부를 형성함으로써 프로브를 정확한 위치에 정렬시킬 수 있으므로, 본딩(Bonding) 공정에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 프로브의 위치 정렬을 빠르게 할 수 있어 프로브 조립체의 제작을 용이하게 할 수 있으므로, 미세 피치를 가지는 복수의 프로브들을 구비하는 고밀도 프로브 카드에 적합한 프로브 조립체를 제공할 수 있다.
또한, 프로브를 전극 패드에 결합할 때에 고정부의 측면도 수용부의 측면에 같이 결합시킬 수 있으므로, 접합 강도를 증가시키고 프로브의 내구성을 높일 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 프로브 조립체를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 조립체의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 조립체의 구성을 나타내는 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 조립체의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 조립체(1)는, 크게 복수의 프로브(100a 내지 100d)와, 복수의 프로브(100a 내지 100d)가 결합되는 복수의 전극 패드(200a 내지 200d)가 형성된 배선 기판(10)을 포함하여 구성될 수 있다. 배선 기판(10)은 반도체 소자의 전기적 특성을 검사하기 위한 프로브 카드(Probe Card)에 장착될 수 있다. 일반적으로, 복수의 반도체 소자를 동시에 검사할 수 있도록 복수의 프로브(Probe)(100a 내지 100d)를 사용하게 되는데. 배선 기판(10)의 상부면에는 복수의 프로브(100a 내지 100d)에 대응하는 복수의 전극 패드(200a 내지 200d)가 형성될 수 있다. 각각의 전극 패드(200a 내지 200d)에는 프로브(100a 내지 100d)가 결합되어 배선 기판(10)에 전기적으로 연결될 수 있다. 각각의 전극 패드(200a 내지 200d)와 이에 결합되는 각각의 프로브(100a 내지 100d)는 동일한 구조를 가질 수 있으므로, 여기서는 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 전극 패드(200)와 이에 결합되는 하나의 프로브(100)에 대해서만 설명하기로 한다.
프로브(100)는 접촉부(110), 몸체부(120) 및 고정부(130)로 구성될 수 있다. 프로브(100)는 일단에 형성된 고정부(130)를 통해 전극 패드(200)에 결합되어 배선 기판(10)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 프로브(100)는 접촉부(110)를 통해 검사하고자 하는 반도체 소자의 디바이스 핀 또는 본드 패드(도시되지 않음)와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 프로브(100)는 박판 형상의 블레이드 타입(Blade Type)을 사용할 수 있다. 블레이드 타입의 프로브(100)는 반도체 제조에서 응용되는 미세 박판 기술을 이용하여 제조할 수 있다. 바람직하게는, 도 2에 도시된 바와 같이, 프로브(100)는, 전극 패드(220)와 결합하는 고정부(130)와, 고정부(130)와 연결되어 일 측으로 길게 형성된 몸체부(120) 및 몸체부(120)의 일단에 수직하게 형성되어 피검사 소자(도시되지 않음)와 접촉하는 접촉부(110)로 이루어지는 캔틸레버(Cantilever) 구조를 가질 수 있다. 프로브(100)가 캔틸레버 구조를 가지는 경우, 프로브(100)의 일단이 고정되고 고정된 일단을 축으로 타단이 상하로 탄성 변형이 이루어지므로, 프로브(100) 자체의 복원력으로 인하여 평탄도 등에서 보다 이점을 가질 수 있다. 캔틸레버 구조의 프로브(100)는 니켈, 코발트 또는 니켈-코발트 합금 등의 금속을 적층하여 일체로 형성할 수 있다. 이 때, 몸체부(120)는 대략 사각 막대의 구조를 가질 수 있다. 본 실시예에서는, 캔틸레버 구조를 가지는 프로브(100)를 설명하고 있으나, 프로브(100)의 구조는 이에 한정되지 않으며, 당업자에 의해 변경 가능하다.
전극 패드(200)는 배선 기판(10)의 상부면에 형성되며, 반도체 직접 회로의 전극에 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 배선 기판(10)은 세라믹 등의 재질로 이 루어질 수 있으며, 다층 기판 또는 양면 기판 등이 사용될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 배선 기판(10)에는 상부면 및 하부면에 각각 형성된 패턴 회로를 서로 연결하기 위해 상하로 관통되는 전극 홀(11)이 형성될 수 있다. 전극 패드(200)는 그 일단에 형성된 접점(230)을 통해 전극 홀(11) 내부에 위치하는 전기적 연결 소자(12)와 연결되고, 전기적 연결 소자(12)의 하단에 연결된 접점(13)을 통해 배선 기판(10)의 하부면에 형성된 패턴 회로에 연결될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 조립체(1)의 경우, 전극 패드(200)의 상부면에는 프로브(100)의 일단에 형성된 고정부(130)가 삽입되어 고정되는 수용부(210)가 형성될 수 있다. 이 때, 전극 패드(200)와 수용부(210)는 전도체로 구성되는 것이 바람직하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 프로브(100)의 고정부(130)는 프로브(100)의 길이 방향으로 길게 형성될 수 있는데, 이 경우, 수용부(210)는 고정부(130)의 두께보다 넓은 폭을 가지며 내부에 고정부(130)를 삽입하기 위해 고정부(130)에 대응하는 형상을 가지도록 길게 형성된 슬롯(Slot)(220)을 구비할 수 있다. 수용부(210)의 형태는 이에 한정되지 않으며, 당업자에 의해 변경 가능하다.
이 때, 전극 패드(200)와 수용부(210)는 리소그래피(Lithography) 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 리소그래피 기술, 예를 들어, 포토 공정과 도금 공정을 이용하여 차차 성장시켜 두께를 늘려 나감으로써 전극 패드(200) 및 수용부(210)를 형성할 수 있다. 리소그래피 기술은 이용하여 박막 및 패턴을 형성하는 방법은 공지되어 있으므로, 이하 자세한 설명은 생략한다. 도 3를 참조하면, 전극 패드(200) 와 수용부(210)가 포토레지스트의 노광, 에칭 및 도금 공정의 리소그래피 기술을 이용하여 단 층(Layer) 형태의 일체형으로 형성된 예를 도시하고 있다. 이 때, 전극 패드(200)는 프로브(100)의 고정부(130)이 삽입되기 위한 수용부(210)를 형성하기 위해 일정한 두께를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 전극 패드(200)와 수용부(210)는 2 개 이상의 층으로 분리하여 형성할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 조립체에서 수용부가 전극 패드와 다른 층으로 형성된 예를 나타내는 측면도이다.
도 4에서는, 전극 패드(300)의 몸체부(330)와 수용부(310)가 2 개의 층으로 분리하여 형성된 예를 나타내고 있다. 즉, 수용부(310)는 전극 패드(300)와 분리되어 서로 다른 층(layer)로 형성될 수 있다. 먼저, 프로브(100)가 결합되는 전극 패드(300)의 몸체부(330)는 얇게 형성되고, 일단에는 전극 홀(11) 내부의 전기적 연결 소자(12)와 연결되는 접점(340)이 형성될 수 있다. 그리고, 전극 패드(300)의 몸체부(330) 위로 수용부(310)가 형성될 수 있다. 각각의 층은 리소그래피 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 수용부(310)의 내부에 프로브(100)의 고정부(130)를 삽입하기 위한 슬롯(320)을 구비할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 조립체(1)의 경우, 전극 패드(200)의 상부면에 프로브(100)의 고정부(130)가 삽입되어 고정되는 수용부(210)를 형성함으로써, 별도로 제작된 프로브(100)를 배선 기판(10)의 상부면에 형성된 전극 패드(200)에 개별적으로 접합시킬 때 프로브(100)가 배선 기판(10) 상의 정확한 위치에 결합될 수 있도록 할 수 있다. 또한, 전극 패드(200)의 상부면에 수용 부(210)를 형성함으로써 프로브(100)를 정확한 위치에 정렬시킬 수 있으므로, 이 후 본딩(Bonding) 공정에 대한 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 프로브(100)의 위치 정렬을 빠르게 할 수 있으므로 프로브 조립체의 제작을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 미세 피치를 가지는 복수의 프로브들을 구비하는 고밀도 프로브 카드에 적합한 프로브 조립체를 제공할 수 있다.
한편, 프로브(100)의 고정부(130)는 전극 패드(200)에 형성된 수용부(130)에 삽입된 후 납땜(Soldering)에 의해 고정 결합될 수 있다. 프로브(100)를 전극 패드(200)에 결합하기 위한 납땜 재료로는 SnPb, SnAgCu, AuSn 등의 솔더 페이스트(Solder Paste)나 전도성 에폭시 등을 이용할 수 있다. 그러나, 프로브(100)를 전극 패드(200)에 결합시키는 방법은 이에 한정되지 않으며, 전극 패드(200)와 프로브(100)의 소재에 따라 열 압착 등에 의해 프로브(100)의 고정부(130)를 전극 패드(200)의 수용부에 직접 접합시킬 수도 있다.
이와 같이, 프로브(100)를 전극 패드(200)에 결합할 때에 고정부(130)의 하부면만을 전극 패드(200)에 본딩하는 것이 아니라 고정부(130)의 측면도 수용부(210)의 측면에 같이 결합시킬 수 있으므로, 접합 강도를 증가시키고 프로브(100)의 내구성을 높일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 조립체에서 수용부의 다양한 변형예를 나타내는 도면이다.
도 5의 (a)에서는, 도 2에서 도시된 바와 같이, 수용부(210a)에 길게 형성된 슬롯(220a)을 예시하고 있으며, 슬롯(220a)에는 프로브(100)의 일단에 길게 형성된 고정부(130)가 삽입되어 고정될 수 있다.
도 5의 (b)에서는, 도 4의 (a)의 예에서 슬롯(220a)이 형성된 수용부(210a)의 양 측벽이 개방된 형태를 도시하고 있다. 즉, 고정부(130)의 길이 방향의 양 끝단을 고정하기 위해 2 개의 수용부(210b, 210c)에 2 개의 슬롯(220b, 220c)이 형성될 수 있다. 이 경우, 프로브(100)의 일단에 길게 형성된 고정부(130)의 양 끝단 및 각 끝단의 양 측면을 지지할 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나, 프로브(100)의 고정부(130)는 프로브(100)의 길이 방향으로 길게 형성되고 하부면의 양 끝단에 아래 방향으로 돌출된 2 개의 돌기를 구비할 수 있다. 이러한 돌기들은 프로브(100)의 결합 위치를 보다 정확하게 하기 위해 형성될 수 있다.
이 경우, 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 전극 패드(200)의 수용부(210d)는 양 끝단에 고정부(130) 하단에 형성된 2 개의 돌기를 삽입하기 위해 형성된 2 개의 고정 홈(220d, 220e)을 구비할 수 있다. 또한, 도 5의 (d)에서는, 도 5의 (c)의 예에서 수용부(210d)의 중앙 부분이 개방된 형태를 도시하고 있다. 즉, 고정부(130)의 길이 방향의 양 끝단을 고정하기 위해 2 개의 수용부(210f, 210g)에 2 개의 고정부(220f, 220g)가 형성될 수 있다. 이 경우, 프로브(100)의 고정부(130) 하단에 형성된 2 개의 돌기의 양 끝단 및 각 끝단의 양 측면을 지지할 수 있다.
도 5에 도시된 수용부의 형상은 예시적인 것이며, 프로브(100)의 일단에 형성된 고정부(130)의 형상에 따라 다양한 형태로 얼마든지 변형 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 조립체의 경우, 배선 기판에 형성된 전극 패드의 상부면에 프로브의 고정부가 삽입되어 고정되는 슬롯 형상의 수용부를 형성함으로써, 프로브를 전극 패드에 개별적으로 접합시킬 때 배선 기판 상의 정확한 위치에 결합될 수 있도록 할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 조립체의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 조립체의 구성을 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 조립체의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 조립체에서 수용부가 전극 패드와 다른 층으로 형성된 예를 나타내는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 조립체에서 수용부의 다양한 변형예를 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 프로브 조립체 10: 기판
100: 프로브 110: 접촉부
120: 몸체부 130: 고정부
200: 전극 패드 210: 수용부
220: 슬롯 230: 접점
300: 전극 패드 310: 수용부
320: 슬롯 330: 회로 패턴
340: 접점

Claims (8)

  1. 상부면에 복수의 전극 패드가 형성된 배선 기판과, 상기 복수의 전극 패드 각각에 결합되어 상기 배선 기판에 전기적으로 연결되는 복수의 프로브를 포함하는 프로브 조립체에 있어서,
    상기 배선 기판의 상부면에는 상기 프로브의 일단에 형성된 고정부가 삽입되어 고정되며 상기 전극 패드와 전기적으로 연결되는 수용부가 형성된 것을 특징으로 하는 프로브 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로브는, 상기 고정부와 연결되어 일 측으로 길게 형성된 몸체부과, 상기 몸체부의 끝단에 수직하게 형성되어 피검사 소자와 접촉하는 접촉부로 이루어지는 캔틸레버(Cantilever) 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 프로브 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 고정부는 상기 프로브의 길이 방향으로 길게 형성되며,
    상기 수용부는 내부에 상기 고정부를 삽입하기 위해 상기 고정부에 대응하는 형상을 가지도록 길게 형성된 슬롯(Slot)을 구비하는 것을 특징으로 하는 프로브 조립체.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 고정부는 상기 프로브의 길이 방향으로 길게 형성되고 하부면의 양 끝단에 아래 방향으로 돌출된 2 개의 돌기를 구비하며,
    상기 수용부는 양 끝단에 상기 2 개의 돌기를 삽입하기 위해 형성된 2 개의 고정 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 프로브 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 패드와 상기 수용부는 리소그래피(Lithography) 기술을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 프로브 조립체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 수용부는 상기 전극 패드와 분리되어 상기 전극 패드와는 별도의 다른 층(layer)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 프로브 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 패드와 상기 수용부는 전도체로 구성되는 것을 특징으로 하는 프로브 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정부는 상기 수용부에 삽입된 후 납땜(Soldering)에 의해 고정 결합되는 것을 특징으로 하는 프로브 조립체.
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